信号与噪声的边界:电阻热噪声对精密电路的终极挑战

内容摘要电阻的热噪声(或约翰逊噪声,或奈奎斯特噪声,或约翰逊-奈奎斯特噪声)是由构成电阻的原子内部和原子之间的电荷载流子的自 然随机运动产生的。无论组成如何,它在所有电阻中都是相等的,并且其均方根振幅由以下等式描述:本文引用地址:其中:Vn = 均

电阻的热噪声(或约翰逊噪声,或奈奎斯特噪声,或约翰逊-奈奎斯特噪声)是由构成电阻的原子内部和原子之间的电荷载流子的自 然随机运动产生的。无论组成如何,它在所有电阻中都是相等的,并且其均方根振幅由以下等式描述:

本文引用地址:

其中:

Vn = 均方根噪声电压

KB=玻尔兹曼常数=1.38 x 10-23

T=绝对温度(°K)

R=电阻值(Ω)

B=测量噪声的带宽(Hz)

例如,在室温(300°K)下,1KΩ电阻在20Hz-20kHz的标准音频带宽上产生的噪声可计算为:

该数字表示直流电压的值,该电压将向电阻负载提供与所讨论的噪声信号相同的功率。电阻上出现的最大瞬时噪声电压幅值在严格意义上不受限制,因为它是由随机过程驱动的,但观察到峰值振幅超过某个值的可能性随着阈值的增加而降低。通常使用6.6倍均方根值的系数来估算峰间热噪声值;热噪声的瞬时值应等于或低于99.9%(时间)均方根值的6.6倍。

各种封装形式的通孔电阻(不按比例)

各种封装形式的表面安装电阻(不按比例)

热噪声通常也用噪声密度表示,方法是将带宽项带到上面等式的左侧:

结果通常以纳伏每平方根赫兹的单位表示,然后可以针对估计的工作温度(通常约300°K)进行计算,并用作与电路中其他噪声源(例如运算放大器的输入电压噪声)进行比较的基础。

电阻的噪声可以分为以下几种类型:1. 热噪声:由于电阻器内部存在电子的热运动,导致电子在电阻器内部发生碰撞,产生随机的电压和电流波动,即热噪声。其噪声功率谱密度为常数。2. 1/f噪声:指随着频率降低而噪声功率谱密度增加的噪声。其原因是电阻器内部存在许多缺陷,导致电子在这些缺陷处发生反射和散射,产生1/f噪声。3. 互感噪声:当电阻器与其他电路元件连接时,由于存在互感作用,导致电阻器内部产生噪声。其噪声功率谱密度随频率增加而增加。4. 外部噪声:指来自电源、信号线、天线等外部环境的电磁干扰和机械振动引起的噪声。

文章来源:DigiKey

 
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